JPH1155064A - Wafer and piezoelectric element - Google Patents

Wafer and piezoelectric element

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JPH1155064A
JPH1155064A JP9218189A JP21818997A JPH1155064A JP H1155064 A JPH1155064 A JP H1155064A JP 9218189 A JP9218189 A JP 9218189A JP 21818997 A JP21818997 A JP 21818997A JP H1155064 A JPH1155064 A JP H1155064A
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JP
Japan
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axis
wafer
piezoelectric element
angle
crystal
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JP9218189A
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Japanese (ja)
Inventor
Jury Vladimirovich Pisarevsky
ユーリー ウラジーミロビッチ ピサレフスキー
Boris Veniaminovich Mir
ボリス ヴェニアミノビッチ ミル
Pyotr Aleksandrovich Senyushichenkov
ピョートル アレクサンドロビッチ セニュシチエンコフ
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TOVARISCH S ORGANICH OTVETST N KOMMERCH VANCHI Firma
Santech Co Ltd
Original Assignee
TOVARISCH S ORGANICH OTVETST N KOMMERCH VANCHI Firma
Santech Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02606Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of langanite substrates
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • H03H9/02039Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of a material from the crystal group 32, e.g. langasite, langatate, langanite

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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element having a high electric/mechanical coupling coefficient and high temperature stability. SOLUTION: A wafer 1 is a wafer of a lanthanum-gallium-niobate crystal cut along YX1b/α/β. In this case, when the crystal axes of the lanthanum- gallium-niobate crystal are respectively defined as an X axis (electric axis), Y axis (mechanical axis) and Z axis (optical axis), the wafer 1 forms an angle αfrom the Z axis within a YZ plane at -15 deg.<=α<=+25 deg. in counter clockwise direction and forms an angle β from the X axis within an XZ plane at -10 deg.<=β<=+10 deg. in counter clockwise direction by segmentation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、通信装置,携帯電
話などの電子通信分野(無線電子工学や音響電子工学な
どの分野)において、フィルタ,発振子,遅延ライン,
重畳デバイスなどの特定の周波数を選別する用途等に用
いられるウェハおよび圧電素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a filter, an oscillator, a delay line, and the like in the field of electronic communication such as a communication device and a mobile phone (a field of radioelectronics and acoustoelectronics).
The present invention relates to a wafer and a piezoelectric element used for a purpose of selecting a specific frequency such as a superposition device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子通信の分野において、特定の
周波数を選別するのに、水晶結晶チップ(ウェハ)を用い
た圧電素子や、ニオブ酸リチウム結晶チップ(ウェハ),
タンタル酸リチウム結晶チップ(ウェハ)を用いた圧電素
子が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of electronic communication, a piezoelectric element using a quartz crystal chip (wafer), a lithium niobate crystal chip (wafer),
A piezoelectric element using a lithium tantalate crystal chip (wafer) is known.

【0003】ここで、水晶結晶チップ(ウェハ)を用いた
圧電素子は、1ppm/℃程度の高い温度安定性を持っ
ているが、電気機械結合係数が低く、従って、0.2%
よりも広いバンド幅のフィルタやチューニング範囲の大
きい発振子の製作が困難であるという欠点がある。
Here, a piezoelectric element using a quartz crystal chip (wafer) has a high temperature stability of about 1 ppm / ° C., but has a low electromechanical coupling coefficient.
There is a disadvantage that it is difficult to manufacture a filter having a wider bandwidth and an oscillator having a larger tuning range.

【0004】これに対し、タンタル酸リチウム結晶チッ
プ(ウェハ)やニオブ酸リチウム結晶チップ(ウェハ)の圧
電素子は、高い電気機械結合係数を有しており、広バン
ドパス帯域が必要な様々な無線電子機器に広く用いられ
ている。
On the other hand, a piezoelectric element of a lithium tantalate crystal chip (wafer) or a lithium niobate crystal chip (wafer) has a high electromechanical coupling coefficient, and is suitable for various wireless devices requiring a wide bandpass band. Widely used in electronic equipment.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ニオブ
酸リチウム結晶チップ(ウェハ),タンタル酸リチウム結
晶チップ(ウェハ)の圧電素子は、温度安定性が低く、4
0ppm/℃以上であり、従って狭帯域および中間帯域
のデバイスに用いることができないなどの欠点がある。
However, the piezoelectric elements of the lithium niobate crystal chip (wafer) and the lithium tantalate crystal chip (wafer) have low temperature stability.
It is 0 ppm / ° C. or higher, and therefore has drawbacks such that it cannot be used for narrow band and intermediate band devices.

【0006】本発明は、通信装置,携帯電話などの電子
通信分野(無線電子工学や音響電子工学などの分野)にお
いて、バンドパスフィルタ,発振子,遅延ライン,重畳
デバイスなどの特定の周波数を選別する用途等に用いら
れる新規なウェハを提供することを目的としている。
The present invention selects a specific frequency such as a band-pass filter, an oscillator, a delay line, and a superimposing device in the field of electronic communication such as a communication apparatus and a mobile phone (fields such as wireless electronics and acousto-electronics). It is an object of the present invention to provide a new wafer used for an application to be performed.

【0007】また、本発明は、高い電気機械結合係数と
高い温度安定性を有する圧電素子を提供することを目的
としている。
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element having a high electromechanical coupling coefficient and high temperature stability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、ランタン・ガリウム・ニオ
ブ酸塩結晶をYX1b/α/βカットで切り出したウェ
ハであって、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の結
晶軸をそれぞれX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光
学軸)とするとき、前記ウェハは、YZ面内におけるZ
軸からの角度αが反時計回りに−15゜≦α≦+25゜
をなし、また、XZ面内におけるX軸からの角度βが反
時計回りに−10゜≦β≦+10゜をなすように、切り
出されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a wafer obtained by cutting a lanthanum gallium niobate crystal by a YX1b / α / β cut. When the crystal axes of the gallium-niobate crystals are X-axis (electric axis), Y-axis (mechanical axis), and Z-axis (optical axis), the wafer is placed in the YZ plane.
The angle α from the axis forms −15 ° ≦ α ≦ + 25 ° counterclockwise, and the angle β from the X axis in the XZ plane forms −10 ° ≦ β ≦ + 10 ° counterclockwise. , Is characterized by being cut out.

【0009】また、請求項2記載の発明は、ランタン・
ガリウム・ニオブ酸塩結晶をYX1b/α/βカットで
切り出したウェハを用いる圧電素子であって、ランタン
・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の結晶軸をそれぞれX軸
(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光学軸)とするとき、前
記ウェハは、YZ面内におけるZ軸からの角度αが反時
計回りに−15゜≦α≦+25゜をなし、また、XZ面
内におけるX軸からの角度βが反時計回りに−10゜≦
β≦+10゜をなすように切り出されていることを特徴
としている。
Further, the invention according to claim 2 provides a lantern
A piezoelectric element using a wafer obtained by cutting a gallium niobate crystal by YX1b / α / β cut, wherein a crystal axis of the lanthanum gallium niobate crystal is set to an X axis.
(Electric axis), Y axis (mechanical axis), and Z axis (optical axis), the wafer has an angle α from the Z axis in the YZ plane of which −15 ° ≦ α ≦ + 25 ° in a counterclockwise direction. None, and the angle β from the X-axis in the XZ plane is −10 ° ≦
It is characterized by being cut out so as to satisfy β ≦ + 10 °.

【0010】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載の圧電素子において、前記ウェハには、弾性波を励起
するための励起電極対と、ウェハを伝搬する弾性波を電
気信号に変換して取り出すための取出電極対とが、並置
されていることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric element according to the second aspect, the wafer has an excitation electrode pair for exciting an elastic wave, and converts the elastic wave propagating through the wafer into an electric signal. And a pair of extraction electrodes for extracting the same in parallel.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係るウェハの実施形
態例を示す図である。図1を参照すると、このウェハ1
は、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶(La3Ga
5.6Nb0.514結晶)、すなわち、所謂、ランガナイト
をYX1b/α/βカットで切り出したものである。な
お、αはX軸の周りの回転角(YZ面内における結晶の
カット角(YZ面内におけるZ軸からの反時計回りの角
度))であり、また、βは、Y軸の周りの回転角(XZ面
内における結晶のカット角(XZ面内におけるX軸から
の反時計回りの角度))である。また、図1において、X
軸の周りにαだけ反時計方向に回転させたときのY軸,
Z軸の位置をY’,Z”で示し、この状態で、次いで、
Y軸(より正確にはY’軸)の周りにβだけ反時計方向に
回転させたときのZ”軸,X軸の位置をZ’,X’で示
している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment of a wafer according to the present invention. Referring to FIG. 1, this wafer 1
Is a lanthanum gallium niobate crystal (La 3 Ga
5.6 Nb 0.5 O 14 crystal), that is, so-called langanite cut out by YX1b / α / β cut. Here, α is a rotation angle around the X axis (the cut angle of the crystal in the YZ plane (counterclockwise angle from the Z axis in the YZ plane)), and β is the rotation around the Y axis. Angle (cut angle of the crystal in the XZ plane (counterclockwise angle from the X axis in the XZ plane)). In FIG. 1, X
Y axis when rotated counterclockwise by α around the axis,
The position of the Z axis is indicated by Y ', Z ", and in this state,
The positions of the Z ″ axis and the X axis when rotated counterclockwise by β around the Y axis (more precisely, the Y ′ axis) are indicated by Z ′ and X ′.

【0012】この場合、本発明のウェハ1は、カット角
αが、−15゜≦α≦+25゜をなすように、また、カ
ット角βが、−10゜≦β≦+10゜をなすように、ラ
ンガナイトが切り出されたものとなっている。
In this case, the wafer 1 of the present invention is arranged such that the cut angle α satisfies −15 ° ≦ α ≦ + 25 °, and the cut angle β satisfies −10 ° ≦ β ≦ + 10 °. , Langanaite is cut out.

【0013】本発明では、YX1b/α/βカットのラ
ンタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶のウェハ1を圧電素
子に用いるとき、カット角αが、−15゜≦α≦+25
゜をなすように、また、カット角βが、−10゜≦β≦
+10゜をなすように、ウェハ1を切り出しているの
で、電気機械結合係数が高く、かつ、温度安定性が著し
く高い圧電素子を提供できる。
In the present invention, when the wafer 1 of YX1b / α / β cut lanthanum gallium niobate crystal is used for the piezoelectric element, the cut angle α is -15 ° ≦ α ≦ + 25
カ ッ ト, and the cut angle β is −10 ゜ ≦ β ≦
Since the wafer 1 is cut so as to form + 10 °, a piezoelectric element having a high electromechanical coupling coefficient and extremely high temperature stability can be provided.

【0014】図2は本発明に係る圧電素子の構成例を示
す図である。図2を参照すると、この圧電素子は、ラン
タン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶(La3Ga5.6Nb0.5
14結晶)、すなわち、所謂、ランガナイトからなる圧
電板1の主面に、所定の間隔Δxを隔てて、励起電極対
(2,3)と、取出電極対(4,5)とが配置されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a piezoelectric element according to the present invention. Referring to FIG. 2, this piezoelectric element is made of a lanthanum gallium niobate crystal (La 3 Ga 5.6 Nb 0.5
O 14 crystal), that is, on the main surface of the piezoelectric plate 1 made of so-called langanite, at a predetermined interval Δx,
(2, 3) and an extraction electrode pair (4, 5) are arranged.

【0015】また、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結
晶の結晶軸をそれぞれX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z
軸(光学軸)とし、X軸の周りの回転角(YZ面内におけ
る結晶のカット角(YZ面内におけるZ軸からの反時計
回りの角度))をαとし、Y軸の周りの回転角(XZ面内
における結晶のカット角(XZ面内におけるX軸からの
反時計回りの角度))をβとするとき、圧電板1には、Y
Xlb/α/βカットのランタン・ガリウム・ニオブ酸
塩結晶のウェハが用いられている。
Further, the crystal axes of the lanthanum gallium niobate crystal are defined as X axis (electric axis), Y axis (mechanical axis), and Z axis, respectively.
Axis (optical axis), the rotation angle about the X axis (the cut angle of the crystal in the YZ plane (the counterclockwise angle from the Z axis in the YZ plane)) is α, and the rotation angle about the Y axis When (the cut angle of the crystal in the XZ plane (the counterclockwise angle from the X axis in the XZ plane)) is β, the piezoelectric plate 1 has Y
Xlb / α / β cut lanthanum gallium niobate crystal wafers have been used.

【0016】ここで、圧電板1には、カット角α,βが
−15゜≦α≦+25゜,−10゜≦β≦+10゜のウ
ェハが用いられている。すなわち、図1のウェハ1が用
いられており、図2において、X’は図1のX’軸,
Z’は図1のZ’軸に対応している。
Here, a wafer having cut angles α and β of −15 ° ≦ α ≦ + 25 ° and −10 ° ≦ β ≦ + 10 ° is used for the piezoelectric plate 1. That is, the wafer 1 of FIG. 1 is used, and in FIG. 2, X ′ is the X ′ axis of FIG.
Z ′ corresponds to the Z ′ axis in FIG.

【0017】このような構成の圧電素子では、一方の励
起電極対(2,3)の端子6,6’間に入力信号として高
周波電圧を印加すると、励起電極対(2,3)によって、
ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の圧電板1には、
高周波電圧に対応した歪振動,すなわち、圧電板1の内
部に圧電板1の厚さ方向にセン断弾性振動が発生する。
すなわち、高周波の電気信号が機械的な振動信号に変換
される。この振動信号が圧電板1を伝搬して、取出電極
対(4,5)に達すると、取出電極対(4,5)間には電圧
が誘起される。すなわち、機械的な振動信号が電気信号
に変換され、この誘起電圧を出力信号として端子7,
7’間から取り出すことができる。
In the piezoelectric element having such a configuration, when a high-frequency voltage is applied as an input signal between the terminals 6, 6 'of one of the excitation electrode pairs (2, 3), the excitation electrode pair (2, 3)
The piezoelectric plate 1 of lanthanum gallium niobate crystal includes:
Distortion vibration corresponding to the high-frequency voltage, that is, shear elastic vibration is generated inside the piezoelectric plate 1 in the thickness direction of the piezoelectric plate 1.
That is, a high-frequency electric signal is converted into a mechanical vibration signal. When this vibration signal propagates through the piezoelectric plate 1 and reaches the extraction electrode pair (4, 5), a voltage is induced between the extraction electrode pair (4, 5). That is, a mechanical vibration signal is converted into an electric signal, and the induced voltage is used as an output signal as a signal at the terminal 7,
It can be taken out from between 7 '.

【0018】なお、ここで、圧電板1の厚さHは0.1
mm〜1.0mm程度のものであり、また、圧電板1の
X’軸方向の長さWx'は5mm〜20mm程度のもので
あり、また、圧電板1のZ’軸方向の長さ(幅)Wz'は5
mm〜20mm程度のものであり、また、圧電板1の面
積Sは25mm2〜400mm2程度のものである。ま
た、各励起電極2,3,各取出電極4,5のX’軸方向
の長さLx'は1mm〜5mm程度のものであり、また、
各励起電極2,3,各取出電極4,5のZ’軸方向の長
さLz'は2mm〜7mm程度のものであり、また、励起
電極2,3と取出電極4,5との間の間隙Δxは0.1
mm〜0.4mm程度のものである。また、励起電極
2,3,取出電極4,5の形状については、これを、図
2に示すように半円形状のものにしても良いし、あるい
は、直方形のものにしても良いし、あるいは、半楕円形
等の任意の形状のものにすることも可能である。
Here, the thickness H of the piezoelectric plate 1 is 0.1
is of the order of Mm~1.0Mm, the piezoelectric plate 1 X 'in the axial direction length W x' is of the order of 5 mm to 20 mm, also, Z 'of the axial length of the piezoelectric plate 1 (Width) W z 'is 5
is of the order of Mm~20mm, The area S of the piezoelectric plate 1 is of the order of 25mm 2 ~400mm 2. The length L x ′ of each of the excitation electrodes 2, 3, and each of the extraction electrodes 4, 5 in the X′-axis direction is about 1 mm to 5 mm.
The length L z ′ of each of the excitation electrodes 2, 3 and the extraction electrodes 4 and 5 in the Z′-axis direction is about 2 mm to 7 mm, and the distance between the excitation electrodes 2 and 3 and the extraction electrodes 4 and 5 is The gap Δx is 0.1
mm to about 0.4 mm. As for the shapes of the excitation electrodes 2 and 3 and the extraction electrodes 4 and 5, they may be semicircular as shown in FIG. 2, or may be rectangular. Alternatively, an arbitrary shape such as a semi-elliptical shape is also possible.

【0019】[0019]

【実施例】本発明の一実施例として、本願の発明者は、
実際に、YX1b/α/βカットのランタン・ガリウム
・ニオブ酸塩結晶のウェハ1を用いた圧電素子(平面発
振子)を作成し、その特性を調べた。ここで、ウェハ1
には、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶(La3Ga
5.6Nb0.514結晶)、すなわち、所謂、ランガナイト
を、カット角αが、−15゜≦α≦+25゜をなすよう
に、また、カット角βが、−10゜≦β≦+10゜をな
すように、切り出したものを用いた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As one embodiment of the present invention, the inventor of the present application
Actually, a piezoelectric element (planar oscillator) using a wafer 1 of YX1b / α / β cut lanthanum gallium niobate crystal was prepared and its characteristics were examined. Here, wafer 1
Lanthanum gallium niobate crystals (La 3 Ga
5.6 Nb 0.5 O 14 crystal), that is, so-called langanite, the cut angle α is set to −15 ° ≦ α ≦ + 25 °, and the cut angle β is set to −10 ° ≦ β ≦ + 10 °. The cutout was used to make it easier.

【0020】なお、ウェハ1の大きさ(サイズ)として
は、長さWx',幅Wz’がそれぞれ10mm程度(面積が
100mm2程度)、厚さHが0.5mm程度の小型のも
のを用い、また、各励起電極2,3,各取出電極4,5
の長さLx'を2mm,幅Lz’を4mmのものとし、1
組の励起電極対2,3と1組の取出電極対4,5との間
の間隔Δxを0.2mm程度に設定した。そして、電源
50から、励起電極対2,3間に入力信号として高周波
電圧(例えば、1V程度の電圧振幅の高周波電圧)を印加
して、励起電極対2,3によって、ランタン・ガリウム
・ニオブ酸塩結晶のウェハ1に、弾性波を励起した。
The size (size) of the wafer 1 is a small one having a length W x ′ and a width W z ′ of about 10 mm (area of about 100 mm 2 ) and a thickness H of about 0.5 mm. And the respective excitation electrodes 2 and 3 and the respective extraction electrodes 4 and 5
The length L x ′ is 2 mm and the width L z ′ is 4 mm.
The distance Δx between the pair of excitation electrode pairs 2 and 3 and the pair of extraction electrode pairs 4 and 5 was set to about 0.2 mm. Then, a high-frequency voltage (for example, a high-frequency voltage having a voltage amplitude of about 1 V) is applied as an input signal between the pair of excitation electrodes 2 and 3 from the power supply 50, and the lanthanum-gallium-niobate is applied by the pair of excitation electrodes 2 and 3. Elastic waves were excited on the salt crystal wafer 1.

【0021】図3には、このように作製した圧電素子の
温度特性(共振周波数変動Δf/fの温度依存性)の実験
結果が示されている。なお、この実験では、圧電板1と
なるランガナイトのカット角βが+1.5゜で、カット
角αがそれぞれ6゜,6.5゜,7゜,7.5゜の4つ
の圧電素子を用いた。図3の実験結果から、カット角β
が+1.5゜で、カット角αがそれぞれ6゜,6.5
゜,7゜,7.5゜の各圧電素子では、励起された弾性
波の共振周波数変動Δf/fの温度依存性は少なく、温
度範囲−25〜+75℃では発振周波数(共振周波数)の
変化は10-4以下であった。この特性は、従来のプロト
タイプの圧電素子の同様な特性に比べてかなり良好であ
る。
FIG. 3 shows the experimental results of the temperature characteristics (temperature dependence of the resonance frequency fluctuation Δf / f) of the piezoelectric element thus manufactured. In this experiment, four piezoelectric elements having a cut angle β of + 1.5 ° and a cut angle α of 6 °, 6.5 °, 7 °, and 7.5 °, respectively, of the langanite serving as the piezoelectric plate 1 were used. Using. From the experimental results of FIG. 3, the cut angle β
Is + 1.5 ° and the cut angles α are 6 ° and 6.5, respectively.
In each of the piezoelectric elements {, 7}, 7.5}, the temperature dependence of the resonance frequency fluctuation Δf / f of the excited elastic wave is small, and the oscillation frequency (resonance frequency) changes in the temperature range of −25 to + 75 ° C. Was 10 -4 or less. This characteristic is significantly better than similar characteristics of a conventional prototype piezoelectric element.

【0022】次表は現在最も利用されている水晶(AT
−カット)、四ホウ酸リチウム、タンタル酸リチウムX
−カット、ランガサイト(La3Ga5SiO14)YX1/
1.5゜カットのプロトタイプの各圧電素子と本発明の
ランガナイト(La3Ga5.6Nb0.514)の圧電素子と
の共振周波数変動Δf/f,電気機械結合係数Kの特性
を実験で測定した結果を示す表である。なお、表1で用
いた本発明のランガナイトはカット角がYX1b/+7
゜/+1.5゜のものとなっている。
The following table shows the most commonly used crystal (AT
-Cut), lithium tetraborate, lithium tantalate X
- cut, langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) YX1 /
The characteristics of the resonance frequency fluctuation Δf / f and the electromechanical coupling coefficient K between each piezoelectric element of the 1.5 ° cut prototype and the piezoelectric element of the langanite (La 3 Ga 5.6 Nb 0.5 O 14 ) of the present invention were measured by experiments. It is a table | surface which shows the result. In addition, the cut angle of the langanite of the present invention used in Table 1 was YX1b / + 7.
{/+1.5}.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1から、水晶(AT−カット)の圧電素子
では、温度範囲−25℃〜+75℃において、共振周波
数変動Δf/fは12×10-6程度と非常に小さく、温
度安定性が非常に高いが、電気機械結合係数Kは8%と
非常に低く、従って、広いバンド幅のフィルタやチュー
ニング範囲の大きい発振子の製作が困難である。
From Table 1, it can be seen that in the case of a quartz (AT-cut) piezoelectric element, the resonance frequency fluctuation Δf / f is very small at about 12 × 10 −6 in the temperature range of −25 ° C. to + 75 ° C., and the temperature stability is low. Although very high, the electromechanical coupling coefficient K is very low at 8%, which makes it difficult to manufacture a filter having a wide bandwidth and an oscillator having a large tuning range.

【0025】一方、四ホウ酸リチウム,タンタル酸リチ
ウムX−カット,ランガサイトYX1/1.5゜の圧電
素子では、温度範囲−25℃〜+75℃において、電気
機械結合係数Kは14〜20%と高く、広いバンド幅の
フィルタやチューニング範囲の大きい発振子の製作に適
しているが、共振周波数変動Δf/fは150×10-6
〜350×10-6程度と非常に大きく、温度安定性が低
いという欠点がある。
On the other hand, in a piezoelectric element of lithium tetraborate, lithium tantalate X-cut, and langasite YX1 / 1.5 °, the electromechanical coupling coefficient K is 14 to 20% in a temperature range of −25 ° C. to + 75 ° C. And is suitable for manufacturing a filter having a wide bandwidth and a resonator having a large tuning range, but the resonance frequency fluctuation Δf / f is 150 × 10 −6.
There is a drawback that the temperature stability is very large at about 350 × 10 −6 and low.

【0026】これに対し、本発明のランガナイトの圧電
素子は、四ホウ酸リチウム,タンタル酸リチウムX−カ
ット,ランガサイトYX1/1.5゜の圧電素子に比べ
て、温度範囲−25℃〜+75℃における共振周波数変
動Δf/fが小さく(80×10-6程度であり、また、
水晶(AT−カット)の圧電素子に比べて、電気機械結合
係数Kが大きく(K=16%程度であり)、従って、従来
のプロトタイプの圧電素子に比べて温度安定性を高め
(共振周波数変動が低く)、また、電気機械結合係数Kを
高めることが確かめられた。なお、ランガナイト圧電素
子であっても、カット角α,βが、−15゜≦α≦+2
5゜,−10゜≦β≦+10゜の範囲内にないときに
は、温度安定性は急激に低下する。
On the other hand, the langanite piezoelectric element of the present invention has a temperature range of −25 ° C. to -25 ° C. compared to the lithium tetraborate, lithium tantalate X-cut, langasite YX1 / 1.5% piezoelectric element. The resonance frequency fluctuation Δf / f at + 75 ° C. is small (about 80 × 10 −6 ,
The electromechanical coupling coefficient K is large (K = about 16%) as compared with a quartz (AT-cut) piezoelectric element, and therefore, the temperature stability is improved as compared with the conventional prototype piezoelectric element.
(Resonance frequency fluctuation is low), and it was confirmed that the electromechanical coupling coefficient K was increased. It should be noted that even in the case of a langanite piezoelectric element, the cut angles α and β are -15 ° ≦ α ≦ + 2
When it is not within the range of 5 °, −10 ° ≦ β ≦ + 10 °, the temperature stability sharply decreases.

【0027】このことから、本発明のYX1b/α/β
のランガナイト圧電素子は、カット角α,βが、−15
゜≦α≦+25゜,−10゜≦β≦+10゜であると
き、プロトタイプの圧電素子と比べて大幅に改善された
温度安定性を持ち、しかも、結合係数もある程度改善さ
れ、発振子やモノリシッククリスタルフィルタなどの多
数の装置、特に、周波数の温度変化が<10-4で、周波
数幅0.2〜1%が必要なモバイル通信装置にとって最
良の素子となる。
From this, it can be seen that YX1b / α / β of the present invention
Has a cut angle α, β of −15.
When ゜ ≦ α ≦ + 25 ° and −10 ° ≦ β ≦ + 10 °, the temperature stability is greatly improved as compared with the prototype piezoelectric element, and the coupling coefficient is improved to some extent. It is the best element for many devices such as crystal filters, especially for mobile communication devices where the temperature change in frequency is <10 -4 and a frequency range of 0.2-1% is required.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶を
YX1b/α/βカットで切り出したウェハであって、
ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の結晶軸をそれぞ
れX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光学軸)とすると
き、前記ウェハは、YZ面内におけるZ軸からの角度α
が反時計回りに−15゜≦α≦+25゜をなし、また、
XZ面内におけるX軸からの角度βが反時計回りに−1
0゜≦β≦+10゜をなすように、切り出されており、
このウェハを用いて例えば圧電素子を作製するとき、温
度安定性が高く、かつ、電気機械結合係数の高い圧電素
子を提供することが可能となる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a wafer obtained by cutting a lanthanum gallium niobate crystal by YX1b / α / β cutting,
When the crystal axes of the lanthanum gallium niobate crystal are X axis (electric axis), Y axis (mechanical axis), and Z axis (optical axis), the angle of the wafer from the Z axis in the YZ plane α
Forms counterclockwise −15 ° ≦ α ≦ + 25 °, and
The angle β from the X axis in the XZ plane is -1 in a counterclockwise direction.
It is cut out so as to form 0 ゜ ≦ β ≦ + 10 ゜,
When a piezoelectric element is manufactured using this wafer, for example, a piezoelectric element having high temperature stability and a high electromechanical coupling coefficient can be provided.

【0029】また、請求項2乃至請求項3記載の発明に
よれば、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶をYX1
b/α/βカットで切り出したウェハを用いる圧電素子
であって、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の結晶
軸をそれぞれX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光学
軸)とするとき、前記ウェハは、YZ面内におけるZ軸
からの角度αが反時計回りに−15゜≦α≦+25゜を
なし、また、XZ面内におけるX軸からの角度βが反時
計回りに−10゜≦β≦+10゜をなすように切り出さ
れているので、温度安定性が高く、かつ、電気機械結合
係数の高い圧電素子を提供することが可能となり、周波
数による信号選択および安定化装置、発振子、狭帯およ
び中帯バンドパスフィルタに用いるのに特に適してい
る。
According to the second and third aspects of the present invention, the lanthanum gallium niobate crystal is made of YX1
A piezoelectric element using a wafer cut by b / α / β cut, wherein the crystal axes of a lanthanum gallium niobate crystal are X axis (electric axis), Y axis (mechanical axis), and Z axis (optical axis), respectively. ), The angle α from the Z axis in the YZ plane forms −15 ° ≦ α ≦ + 25 ° in the counterclockwise direction, and the angle β from the X axis in the XZ plane is counterclockwise. Since it is cut out so as to form −10 ° ≦ β ≦ + 10 °, it is possible to provide a piezoelectric element having high temperature stability and a high electromechanical coupling coefficient, signal selection and stabilization by frequency. It is particularly suitable for use in modulators, oscillators, narrow band and mid band bandpass filters.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るウェハの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wafer according to the present invention.

【図2】本発明に係る圧電素子の構成例を示す図(斜視
図)である。
FIG. 2 is a diagram (perspective view) showing a configuration example of a piezoelectric element according to the present invention.

【図3】図2の圧電素子の温度特性の一例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a temperature characteristic of the piezoelectric element of FIG. 2;

【符号の説明】 1 圧電板 2,3,4,5 励起電極 6,6’ 入力端子 7,7’ 出力端子[Description of Signs] 1 Piezoelectric plate 2, 3, 4, 5 Excitation electrode 6, 6 'Input terminal 7, 7' Output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピサレフスキー ユーリー ウラジーミロ ビッチ ロシア連邦 117526 モスクワ市 プル. ベルナツコボ ディー.105 ケイ.2 ケイビー.13 タワリシチェストボ ス オグラニチョンノイ オトベットストベ ンノスチユ ナウチノコメルチェスカヤ フィルマ “バンチ”内 (72)発明者 ミル ボリス ヴェニアミノビッチ ロシア連邦 117526 モスクワ市 プル. ベルナツコボ ディー.105 ケイ.2 ケイビー.13 タワリシチェストボ ス オグラニチョンノイ オトベットストベ ンノスチユ ナウチノコメルチェスカヤ フィルマ “バンチ”内 (72)発明者 セニュシチエンコフ ピョートル アレク サンドロビッチ ロシア連邦 117526 モスクワ市 プル. ベルナツコボ ディー.105 ケイ.2 ケイビー.13 タワリシチェストボ ス オグラニチョンノイ オトベットストベ ンノスチユ ナウチノコメルチェスカヤ フィルマ “バンチ”内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Pisarevsky Yuriy Vladimirovich Russian Federation 117526 Moscow City Pull. Bernatkovo D. 105 Kei. 2 Kabe. 13 Tawalishi Chestvos Ogranichonnoy Ottovetsteven Naustino Komercheskaya Filma "Bunch" (72) Inventor Mill Boris Veniaminovich Russian Federation 117526 Moscow City Pull. Vernatskovo D. 105 Kei. 2 Kabe. 13 Tawalish Chestvos Ogranichonnoy Ottovetsteven Naustino Komercheskaya Filma “Bunch” (72) Inventor Sennecichenkov Pyotr Alex Sandrovich Russian Federation 117526 Moscow City Pull. Vernatskobo D. 105 Kei. 2 Kabe. 13 Tawalish Chestbos Ogranichonnoy Otobetstovenosutyu Nauchinokomercheskaya Filma “Bunch”

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶を
YX1b/α/βカットで切り出したウェハであって、
ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶の結晶軸をそれぞ
れX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光学軸)とすると
き、前記ウェハは、YZ面内におけるZ軸からの角度α
が反時計回りに−15゜≦α≦+25゜をなし、また、
XZ面内におけるX軸からの角度βが反時計回りに−1
0゜≦β≦+10゜をなすように、切り出されているこ
とを特徴とするウェハ。
1. A wafer obtained by cutting a lanthanum gallium niobate crystal by YX1b / α / β cut,
When the crystal axes of the lanthanum gallium niobate crystal are X axis (electric axis), Y axis (mechanical axis), and Z axis (optical axis), the angle of the wafer from the Z axis in the YZ plane α
Forms counterclockwise −15 ° ≦ α ≦ + 25 °, and
The angle β from the X axis in the XZ plane is -1 in a counterclockwise direction.
A wafer cut out so as to satisfy 0 ° ≦ β ≦ + 10 °.
【請求項2】 ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶を
YX1b/α/βカットで切り出したウェハを用いる圧
電素子であって、ランタン・ガリウム・ニオブ酸塩結晶
の結晶軸をそれぞれX軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸
(光学軸)とするとき、前記ウェハは、YZ面内における
Z軸からの角度αが反時計回りに−15゜≦α≦+25
゜をなし、また、XZ面内におけるX軸からの角度βが
反時計回りに−10゜≦β≦+10゜をなすように切り
出されていることを特徴とする圧電素子。
2. A piezoelectric element using a wafer obtained by cutting a lanthanum gallium niobate crystal by YX1b / α / β cut, wherein a crystal axis of the lanthanum gallium niobate crystal is set to an X axis (electric axis). ), Y axis (machine axis), Z axis
(Optical axis), the angle of the wafer from the Z axis in the YZ plane is -15 ° ≦ α ≦ + 25 in a counterclockwise direction.
A piezoelectric element, which is cut out so that an angle β from the X axis in the XZ plane is -10 ° ≦ β ≦ + 10 ° in a counterclockwise direction.
【請求項3】 請求項2記載の圧電素子において、前記
ウェハには、弾性波を励起するための励起電極対と、ウ
ェハを伝搬する弾性波を電気信号に変換して取り出すた
めの取出電極対とが、並置されていることを特徴とする
圧電素子。
3. The piezoelectric element according to claim 2, wherein the wafer has an excitation electrode pair for exciting an elastic wave and an extraction electrode pair for converting the elastic wave propagating through the wafer into an electric signal and extracting the electric signal. Are arranged side by side.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6097131A (en) * 1998-03-19 2000-08-01 Sawtek Inc. Optimal cut for SAW devices on langatate
JP2014093626A (en) * 2012-11-02 2014-05-19 Kyocera Crystal Device Corp Piezoelectric vibrator
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CN115781946B (en) * 2022-11-29 2024-06-04 山东大学 Compression type high-temperature piezoelectric sensitive cutting type lithium niobate crystal, preparation and application

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